陶瓷

陶瓷科学与工艺学-中科大
参考书:陶瓷导论

陶瓷的概述、特点、分类

通常陶瓷材料是一种具有若干结晶相和玻璃相的混合物,并且具有气孔。

陶瓷的定义:陶瓷的定义,比起希腊字“陶器(Keramos)”所指的,即所谓加热土质原料而制成固体物件的技艺和科学的范围,更为广泛,现代陶瓷泛指无机非金属材料(Inorganic Materials),包括多晶陶瓷、单晶和玻璃。 陶瓷的概念有狭义,广义之分。从狭义上说,陶瓷是用无机非金属化合物粉体,经高温烧结而成的,以多晶聚集体为主的固态物质。狭义的陶瓷概念中不包括玻璃,搪瓷,水泥,耐火材料,金属陶瓷等。从广义上说,陶瓷泛指一切经高温处理而获得的无机非金属材料,包括人工单晶,非晶态,狭义陶瓷及其复合材料,半导体,耐火材料及 水泥等,像美国就用ceramic(陶瓷)一词来泛指无机非金属材料。(

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陶瓷结构:从最广泛的意义上讲,陶瓷结构的成因和它对性能的影响这两者的观点出发,关注陶瓷的结构是最重要而有效的探索途径。

特点

(1) 优秀的稳定性
SiCHF酸以外的无机酸都有较强抵抗力;
Al2O3HF酸都奈何不了它;
ZrO2作发热元件,在20002200 高温下可工作1000小时

(2)优越的力学性能
SiC在室温下弯曲强度为14000kg/cm2,可与优质合金钢媲美;
特别是当温度升高时,金属会软化,强度急剧下降;但
SiC不同,
温度上升高达
1300 时,强度反而有所提高。
高温不易变形,提高了可靠性,延长了部件寿命,代替金属作刀
具、轴承、发动机等。
日本、美国先后做成了Si3N4发动机,困难为陶瓷脆性大。

(3) 卓越的热性能
热膨胀系数小(SiC Si3N4)
导热系数大(
BeOMgOAl2O3等),
能经受温度骤变,上升到千度急冷而不开裂、不损坏。
现代飞行器,速度快,和大气摩擦产生高温(上千度甚至上万度),穿上现代陶瓷外衣才能当此重任。超高速飞机的雷达罩;导弹整流罩;导弹端头帽等。 金属和陶瓷粉混合,高温制成金属陶瓷,同时具有陶瓷和金属的优点,韧、硬、轻。

(4) 独特的光性能
像玻璃一样透明(透明Al2O3高压钠灯灯泡作为光学材料,折射率高;透光性随温度变化小;可透红外,尤其是波长10μm以上的红外线,玻璃甘拜下风。

结构陶瓷

结构陶瓷定义: 特种结构陶瓷是陶瓷材料的重要分支,它以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等 机械力学性能为主要特征,因此在冶金、宇航、机械等领域有重要的应用。

1)氧化物: Al2O3, ZrO2, 莫来石、锆英石、钛酸铝。
2)碳化物: SiC/ B4C/ TiC/ZrC/…
3)
氮化物: Si3N4, BN, AlN
4)
硼化物: ZrB2, TiB2
5)硅化物: MoSi2..

应用:要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热等。比如,日本企业家和陶瓷专家为改变人们对陶瓷易碎的印象,用增韧氧化锆陶瓷制成剪刀和水果刀,作为礼品赠送或廉价出售,称之为永不卷刃,永不生锈,永不磨损的刀具,取得了戏剧性的宣传效果。

功能陶瓷

功能陶瓷定义: 对电、磁、光、热、化学、生物等现象或物理量有很强反应,或能使上述某些现象或量值发生相互转化的陶瓷材料。

(1) 电功能陶瓷:电介质陶瓷(电绝缘陶瓷— BeOSi3N4 Al2O3、电容器介质陶瓷、压电陶瓷-BaTiO3)、导电陶瓷(YSZ,LiCoO2)、陶瓷超导材料(BaYCuO ),铁电,压电,热释电、热电陶瓷
(2) 光学陶瓷:激光陶瓷、闪烁陶瓷、电光陶瓷、陶瓷灯管、透明窗口陶瓷
(3) 磁性陶瓷:以铁和氧为主的一种或多种金属元素组成的复合氧化物,又称铁氧体。 尖晶石型(MgFe2O4)、石榴石型、 钙钛矿型、钛铁石型、氯化钠型、 金红石型、非晶结构
(4) 生物陶瓷:牙齿、人造骨骼等,主要有Al2O3、磷酸钙等。

 

织构化(晶粒取向排列)

 

参考:
(1) 晶粒取向性排列(织构化?)的氧化铝透明陶瓷-李江-科学网
(2) 加州笔记之十六 磁场在织构陶瓷制备中的应用-黄庆
(3) 织构结构陶瓷的制备与各向异性

 

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